萬兆以太網的產品方案-選購篇
萬兆以太網產品種類
隨著萬兆以太網標準的制定，市場上出現了許多支持萬兆以太網的產品。從其產品體系結構來看，目前的萬兆以太網產品可以分為兩大種類：一種是萬兆以太網交換模塊；另一種是真正的萬兆以太網交換機/路由器。
萬兆以太網接口模塊
目前市場上大多數支持萬兆以太網的產品是在千兆以太網交換機/路由器的基礎上增加萬兆以太網接口模塊。千兆以太網交換機產品從1997年問世以來，經過幾年的發展，技術上已經成熟。許多千兆以太網設備提供商為了盡快進入萬兆以太網市場，便直接在千兆產品上增加萬兆以太網模塊。萬兆以太網技術和千兆以太網技術定義了MAC層和物理層規范，對上層協議透明。而千兆以太網體系結構的交換機加上萬兆以太網接口模塊是比較經濟的網絡解決方案。
但是，由于千兆以太網交換機在體系結構設計、背板帶寬、交換能力和ASIC處理能力等方面是根據千兆的要求設計的，當接口速度提高10倍達到萬兆時，通常不能很好地勝任，更沒有足夠的擴展能力以滿足未來的網絡升級。例如，大多數千兆以太網交換機的線卡插槽和背板之間接口帶寬只有8Gbps，即便每個線卡只有1個萬兆以太網接口時，在理論上也不可能達到萬兆的速度。另外，交換矩陣容量、包轉發能力以及包處理芯片等都將嚴重影響到整個交換機支持萬兆以太網的能力。因此，僅支持萬兆以太網模塊的千兆以太網交換機還不能稱為真正意義上的“萬兆以太網交換機”。
萬兆以太網交換機/路由器
真正為萬兆以太網技術而重新設計體系結構的交換機/路由器通常被生產廠商稱為“下一代”產品，現在市場上已經能夠找到這類產品。萬兆以太網交換機/路由器在硬件設計中主要有以下特點。
a. 背板帶寬
線卡插槽和背板之間的接口帶寬是衡量萬兆以太網設備最基本也是最重要的指標之一。為萬兆以太網設計的交換機/路由器，線卡插槽的背板接口帶寬至少需要10Gbps，比較理想的設備是能具備不少于40Gbps（雙向）的接口帶寬以支持單線卡4個萬兆以太網接口的密度。同時，被選購的設備應當滿足在未來線卡端口密度增加時，交換機只需替換線卡而無需替換系統背板的要求。當線卡上用戶端口的總帶寬超過了與背板之間的帶寬時，稱之為“過載”使用，此時用戶端口將不可能達到線速。
b. 交換容量
交換容量是指系統中用戶接口之間交換數據的***能力，用戶數據的交換是由交換矩陣實現的。傳統的總線式交換方式容量有限，不再被萬兆以太網交換機所采用，取而代之的是矩陣式交換，這也是中高端千兆以太網交換機的主要交換形式。在無阻塞交換結構中，交換容量＝交換矩陣與線卡之間的帶寬×線卡插槽數。
交換機中的交換芯片是核心交換功能部件，通常提供比系統實際交換容量更大的交換能力。由于控制處理卡（或冗余配置時）通常會占用部分交換芯片的接口用于處理路由和管理等信息，系統實際數據交換容量將小于交換芯片的總容量。例如，一臺交換芯片總容量為640Gbps（80Gbps*8）的設備，實際可用的線卡插槽為7個，可提供的線卡為單線卡2端口萬兆以太網接口。那么該系統的實際可利用交換容量是40Gbps×7=280Gbps；未來可利用的（提供單線卡4端口萬兆以太網接口時）***交換容量為80Gbps×7=560Gbps。
在選擇萬兆以太網交換機時，系統的實際交換容量、***可利用交換容量和交換芯片總容量都是非常重要的指標。用戶在選擇產品時一定要清楚地理解實際交換容量和***可利用交換容量才是選擇交換機最重要的指標，前者是實際可得到的處理能力，后者與未來擴展能力密切相關。
當交換容量小于系統***端口配置時的總帶寬時，就有可能出現交換阻塞。在選擇核心交換機或支持對時延敏感的應用時，一定要選擇無阻塞交換矩陣結構的交換機。
c. 高速ASIC芯片
萬兆以太網交換機/路由器要高速處理大量的數據幀，因此通常采用分布式包處理體系結構。每張線卡上都有負責包處理、包檢索、緩存和隊列的ASIC芯片。系統軟件支持的ACL、QoS和Multicast等功能都必須通過硬件實現。高速ASIC芯片是從千兆以太網升級到萬兆以太網時系統必須重新設計或增強的。
市場上有部分支持萬兆以太網接口的交換機為了爭取時間提前推出，沒有從硬件上全面升級，導致系統的整體性能在實施某些功能時會急劇下降。因此在選購設備時不僅要看系統的基本轉發能力，同時更要檢查在配置某些功能（如ACL、QoS）時整個系統的性能。
d. 數據包轉發能力
標準的以太網幀尺寸在64字節到1518字節之間。由于以太網交換機只是對以太網幀的幀頭進行分析和處理，相同傳送速度時單位時間內要處理小尺寸幀的數量比大尺寸幀的數量更多，在衡量交換機包轉發能力時應當采用最小尺寸的包進行評價。以太網支持最小尺寸的幀大小為64個字節，加上傳輸需要的20個字節的幀間隔，總共是84個字節。因此，一個萬兆以太網端口理論上最多要處理10000Mbits / (84bytes*8bit/byte) = 14.88Mpps。
在衡量交換機是否具備線速轉發能力時，可用以下方法計算：整體轉發能力Mpps / 14.88Mpps=可支持的線速萬兆端口數。例如，一臺具備400Mpps的交換機，滿足線速轉發要求時它允許配置的***萬兆以太網端口數為400Mpps/14.88Mpps=27個。超過27個萬兆端口在理論上就達不到線速能力。
數據包轉發能力比背板帶寬和交換能力更有實際意義，在選購時同樣需要重視在配置ACL和QoS等服務功能時的處理能力。
萬兆產品重要指標
控制層面和數據層面分離
交換機和路由器從實現的功能上看可分為兩個部分：控制層面和數據層面。隨著高速接口的增加，核心路由器/交換機在設計中開始將數據轉發的部分工作下載到用戶線卡上完成，實現分布式轉發提高系統性能。隨著萬兆以太網的出現，數據層面和控制層面分離已經成為了衡量一臺核心交換機/路由器的重要指標，它不僅大大提高了系統的處理能力，同時也實現了系統的高度穩定性．
無源背板設計
背板是實現用戶線卡和處理卡及交換矩陣之間的通信通道，有光背板和銅（電）背板兩種。背板是系統中最脆弱的環節，一直無法做到冗余設計。一旦背板上的部件出現故障則整個系統將停止工作。因此高可靠性的系統設計通常要求背板實現無源設計。在選擇產品時從高可靠性的角度出發，應當盡量不要選擇背板上有ASIC芯片或時鐘模塊等有源部件的產品。
數據包轉發方式
傳統的集中式數據轉發是指數據包的轉發需要處理器卡上CPU的參與。萬兆以太網設備由于要在單位時間內處理和轉發大量的數據包，單純的集中式數據轉發，即每個數據包都經過CPU處理是不現實的。分布式數據轉發將數據層面和控制層面徹底分離，控制處理卡專門用來執行路由計算、網絡管理及其他服務。分布式數據轉發大大提高了系統的整體轉發性能。用戶在選擇萬兆以太網交換機時，應當選擇采用了分布式交換和處理結構的交換機，而且在萬兆以太網模塊上一定要擁有本地交換和處理能力，只有這樣才能夠提供充足的轉發能力，確保整臺交換機中所有以太網端口、尤其是萬兆以太網端口的線速處理。
接口類型
萬兆以太網標準制定了多種局域網接口，這些物理接口采用不同的光纖類型和工作波長，傳輸距離不同，設備造價也有所不同。針對不同的網絡應用，用戶可以主要根據所需的傳輸距離，選用相應的萬兆以太網物理接口。同時，用戶應當避免選用非標準的萬兆以太網模塊。
萬兆鏈路捆綁
使用多條百兆或千兆鏈路進行捆綁，以進一步擴展網絡帶寬的技術已經得到廣泛應用，并且實現了技術標準化。萬兆并不是網絡速率的極限，在萬兆以太網交換機上同樣應當可以將多條萬兆以太網鏈路捆綁使用，獲得20G、40G甚至更高的帶寬，為用戶網絡的擴展提供空間。
升級方式與費用
即使用戶在目前還不打算采用萬兆以太網，但考慮到未來的網絡升級，在選購網絡交換機時也應當了解清楚交換機是否支持萬兆以太網，以及如何升級。有些以太網交換機在升級到萬兆以太網時，需要用戶作出比較大的改動，如更換管理引擎，添加交換矩陣，甚至更換大功率電源。有的以太網交換機只需要用戶購買萬兆以太網模塊，直接插進機箱就可以使用了。很明顯，后者的總體升級費用要低于前者，為用戶提供了更好的投資保護。
網絡管理
在采用了萬兆以太網技術之后，網絡流量增長了10倍，網絡監控、統計的工作量也相應增加了。傳統的網絡監控技術，無論是獨立的外部RMON探針，還是插在交換機上的網絡分析模塊，都是基于相同的工作原理，即端口流量鏡像加RMON，已經無法勝任萬兆速率的流量監控了。為了確保對網絡始終如一的監控和管理，同時避免由于這些監控功能導致網絡性能的降低，萬兆以太網模塊和交換機***支持基于硬件的網絡監控和統計功能，如基于RFC 3176的sFlow技術，協助網絡管理員進行實時的流量分析、性能監控和故障診斷，保障高性能網絡的正常運行，使企業的網絡投資回報***化。
選擇萬兆以太網產品，應當從其體系結構、背板帶寬、交換能力、包轉發能力等各個方面深入分析和綜合比較。尤其是隨著萬兆以太網的逐漸普及，所選設備滿足未來增長而應具備的擴展能力顯得尤為重要。
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